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我是浙江大学植物学博士黄方亮，长期从事科研支持与科学普及工作，曾指导学生团队在国际基因工程设计大赛中荣获金奖。今天将带领大家一同探索基因科学的世界——从“认识基因”的基础开始，逐步走向“生命编辑”的前沿，并进一步探讨基因技术的应用与其所涉及的伦理边界。这串决定生命本质的密码，正在深刻改变我们对世界的理解和认知。

01认识基因：生命密码的层层解密

要理解基因，首先需要明确几个基本概念：染色体、基因组、DNA与基因。通常所说的人类23对染色体，是指存在于细胞核内、易被染色剂（尤其是荧光染料）标记的遗传物质载体。借助冷冻电镜等先进技术，可以清晰观测到其形态与大小——例如，男性第23对染色体中，比女性多了一个Y染色体，这也意味着男性比女性多携带了数十个特有基因。

染色体经过高度压缩，其核心成分即为DNA双螺旋结构。我们已知DNA由四种碱基（A、G、T、C）构成，而基因则是指其中具有特定功能的DNA区段。一个染色体可承载数百至数千个基因，它们如同“生命指令”，调控生物体的生长、发育及各项功能。需要指出的是，染色体末端的“端粒”结构起到保护染色体完整性、防止细胞衰老、控制细胞分裂的作用，其长度随细胞分裂逐渐缩短。尽管有观点认为药物可能延缓端粒损耗，但该领域仍存在科学争议，目前尚未形成明确共识。

我们课题组曾开展两项研究，有助于更具体地理解基因的功能：

其一是捕蝇草的进化适应机制。与一般植物依赖光合作用不同，捕蝇草可通过捕食昆虫获取养分。基因检测显示，在其叶绿体基因组中，多个与光合作用相关的基因已发生退化——这一现象正是基因随物种生存策略发生适应性变化的直接证据。

其二涉及大团囊虫草的药用基因挖掘。作为传(chuán)统(tǒng)中(zhōng)药(yào)材(cái)，我(wǒ)们(men)采用(yòng)全基(jī)因(yīn)组(zǔ)测(cè)序(xù)与(yǔ)人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)分(fēn)析(xī)相(xiāng)结合的方法，从其数万个基因中筛(shāi)选(xuǎn)到(dào)多(duō)个(gè)与药用成分合成相关的关键基因。目前，正尝试将这些基因导入真菌体系，通过微生物发酵技术(shù)实(shí)现(xiàn)药(yào)用(yòng)成(chéng)分(fēn)的(de)大(dà)规(guī)模(mó)生(shēng)产(chǎn)，以(yǐ)期(qī)在(zài)降(jiàng)低(dī)成(chéng)本(běn)的(de)同(tóng)时(shí)缓(huǎn)解(jiě)野(yě)生(shēng)资(zī)源(yuán)匮(kuì)乏(fá)的(de)问(wèn)题(tí)。

02基(jī)因(yīn)编(biān)辑(ji)：改(gǎi)写(xiě)生(shēng)命(mìng)的“工具库”

认识基因之后，如何“编辑”它成为关键。很多人对“基因编辑”的印象停留在科幻作品中，但实际上，这项技术已走进实验室，甚至开始应用于实际场景。

先给大家做一个小测试：金鱼长树叶、老鼠发荧光、鸡蛋含番茄、苹果含蛋糕——哪一个是真实的基因编辑成果？

答案是“发光老鼠”。那些看似新奇的组合多是合成图像，而发光老鼠是科学家将荧光蛋白基因转入胚胎后培育的，其核心作用不是“好看”，而是通过荧光定位，判断目标基因在老鼠体内的表达部位（比如耳朵、尾巴或眼睛），为基因功能研究提供直观依据。

目前比较热门的基因编辑技术是CRISPR-Cas9，这项技术的灵感来自细菌的“免疫系统”：当细菌被病毒侵染后，会将病(bìng)毒(dú)的(de)DNA片段整合到自身的CRISPR序列中；若再次遇到同类病毒，CRISPR-Cas9系统(tǒng)会(huì)识(shi)别(bié)并切割病毒DNA。科学家利用这一原理，设计出“定位-切割-插入”的编辑流程：先通过特定序列定位染色体上的目标位点，再用Cas9蛋白切开双链，最后插入我们需要的基因片段。

这项技术的精准性极高，不仅可用于植物、微生物，还能编辑动物胚胎——但这也带来了后续的伦理争议。

03基因(yīn)科(kē)普：让科学走进(jìn)生(shēng)活(huó)

基因科学不仅限于实验室基础研究，更已广泛应用于日常生活多个领域。近年来，我所参与的科普工作始终致力于让公众切实感受到“基因科(kē)学(xué)就(jiù)在身边”，具体实践包括以下方面：

1.物种鉴别

在天目山带领青少年观察昆虫时，若遇到无法辨识的物种，我们采用“DNA条形码”技术——即通过为生物特定基因序列建立独一无二的“分子身份证”，从而实现快速物种鉴定。该项技术同样适用于食品安全领域，例如精准鉴别三文鱼、牛肉等产品是否以次充好。

2.趣味科研实践

在面向中小学生举办的生物科(kē)学(xué)竞(jìng)赛(sài)中(zhōng)，曾(céng)有(yǒu)学(xué)生(shēng)提(tí)出(chū)“澳(ào)洲(zhōu)龙(lóng)虾(xiā)、小(xiǎo)龙(lóng)虾(xiā)与(yǔ)对(duì)虾(xiā)之(zhī)间(jiān)的(de)亲(qīn)缘(yuán)关系(xì)”疑(yí)问(wèn)。我(wǒ)们(men)指(zhǐ)导(dǎo)学(xué)生(shēng)提(tí)取(qǔ)这(zhè)三(sān)种(zhǒng)虾(xiā)的(de)特(tè)定(dìng)基(jī)因(yīn)序(xù)列(liè)，利(lì)用专业软件进行分析并构建系统发育树，以基因数据科学解答物种间的亲缘距离。另有学生对家中久存酒类滋生出的“酒虫”产生好奇，我们通过基因检测确定微生物种类，从而解释“密闭环境中生物来源”的问题。

3.简易实验教学

中学教师培训工作坊中，我们演示如何利用生活常见材料（如盐、洗洁精）提取水果DNA，展示DNA粗提方法；同时深入介绍基因复制实验（PCR）技术原理——通过94℃变性、54℃退火、72℃延伸的循环过程，可在1小时内将目标基因片段扩增上亿倍，为后续研究提供充足样本。

此外，我们曾与加拿大Symbiota实验室、美国Gene Space等国际机构合作，开展多项(xiàng)创(chuàng)新(xīn)科(kē)普(pǔ)项目：例如利用荧光细菌在LED灯下创作生物艺术图像，融合科学性与艺术性；参与众筹采样计划，深入偏远山区采集珍稀物种基因，共建开放共享的基因(yīn)数(shù)据(jù)库(kù)——这(zhè)一(yī)切(qiè)均(jūn)使(shǐ)基(jī)因(yīn)科(kē)普(pǔ)传(chuán)播(bō)更(gèng)具(jù)生(shēng)动(dòng)性(xìng)与(yǔ)人(rén)文温(wēn)度(dù)。

04基因伦理：技术发展的“边界线”

基因技术的飞速发展固然令人振奋，然而“技术上可行”并不意味着“伦(lún)理(lǐ)上(shàng)正当”，恪守伦理边界始终是不可逾越的底线。

2018年国内某位教授的“基因编辑婴儿”事件即为典型例证：若干家庭因父亲感染艾滋病，担忧子代遭受传染，委托其团队在胚胎阶段对HIV相关基因进行编辑，意图使婴儿(ér)获(huò)得(de)先(xiān)天抗性。然而，该操作未经国家相关部门审批，严重违背医学伦理准则，教授本人也因非法行医罪承担刑事责任。该事件的核心争议在于，胚胎基因编辑目前仍存在重大不确定性。一方面，技术安全性尚未完善，编辑过程中可能发生“脱靶效应”，意外破坏其他重要基因，从而带来难以预见的健康风险；另一方面，此类操作可能引发诸如“基因歧视”和“设计婴儿”等深远的社会伦理问题。若基因信息遭到滥用，携带(dài)某(mǒu)些被污名化(huà)基因型的个体将面临更严峻的社会融入障碍。

除人类生殖编辑之外，基因伦理还涵盖多个重要维度。在数据隐私方面，人类遗传信息的保护已成为国际关注焦点，多国均已立法限制基因数据跨境流动，防范其被用于生物武器开发等非和平用途(tú)。在(zài)生(shēng)态(tài)安(ān)全层(céng)面，若对物种基因进行任意编辑而未受严格约束，可能扰乱自然进化进程，甚至引发生物多样性丧失或物种灭绝。正因如此，基因技术治理亟需科学界、社会各界与政府管理部门共同参与，通过广泛对话构建明确的规范与法律边界。

05关于基因的几个常见疑(yí)问(wèn)

最(zuì)后(hòu)，结(jié)合(hé)大(dà)家(jiā)关心(xīn)的(de)问(wèn)题(tí)，再(zài)补(bǔ)充(chōng)几(jǐ)点(diǎn)说(shuō)明(míng)。

1.转基因植物油是否安全？

早期的转基因作物以抗虫特性为主，通常会转入对昆虫具有毒性但对人体无害的基因。这类毒性蛋白通常针对昆虫特有的生物学路径，并在植物的叶片等部位表达，因此在榨油过程中几乎不会残留于成品中。如今的转基因技术已更为精准，往往仅引入抗病、高产或抗逆等优良农艺性状的基因，进一步增强了其安全性。我国对转基因食品实施严格的安全评价与监管制度，所有批准上市的转基因产品均经过系统的科学评估，消费者可放心食用。

2.人工智能与基因技术如何结合？

人工智能与基因科学的交叉融合已成为(wèi)当(dāng)前前沿研究的(de)重(zhòng)要(yào)方(fāng)向(xiàng)。例(lì)如(rú)，在(zài)研(yán)究(jiū)药(yào)用(yòng)真(zhēn)菌(jūn)大(dà)团(tuán)囊(náng)虫(chóng)草(cǎo)时(shí)，我(wǒ)们(men)利(lì)用(yòng)人(rén)工(gōng)智(zhì)能(néng)算(suàn)法(fǎ)从(cóng)上(shàng)万(wàn)个(gè)基(jī)因(yīn)中(zhōng)高(gāo)效(xiào)筛(shāi)选(xuǎn)出(chū)可(kě)能(néng)与(yǔ)药(yào)用(yòng)价(jià)值(zhí)相(xiāng)关的(de)候(hou)选(xuǎn)基(jī)因(yīn)，将(jiāng)研究效率提升数倍。此外，像AlphaFold这样的人工智能工具，能够快速准确预测蛋白质的三维结构——过去需耗时数年才能完成的验证工作，如今仅需数周即可完成，极大加快了科研进程。

3.盐碱地水稻是否依赖基因技术？

当前使水稻适应盐碱环境的途径主要有两种：一(yī)是(shì)通(tōng)过(guò)基(jī)因(yīn)编(biān)辑(ji)技(jì)术(shù)，将耐盐碱基因导入普通水稻品种；另一种则是在盐碱地种植的水稻中筛选出高产性能优良植株，再通过遗传学方法反向鉴定其抗逆相关基因。值得强调的是，这些外源或筛选出的基因多在根、叶等组织中表达，并不会在水稻籽粒（即大米）中积累，因此食用安全性可以得到充分保障。

基因科学犹如一柄“双刃剑”：它既帮助我们揭示生命演化的(de)深(shēn)层(céng)机(jī)制，推(tuī)动(dòng)疾(jí)病(bìng)治(zhì)疗(liáo)与(yǔ)作(zuò)物(wù)改(gǎi)良(liáng)，也(yě)可(kě)能(néng)因(yīn)技(jì)术(shù)滥(làn)用(yòng)而(ér)引(yǐn)发(fā)伦(lún)理(lǐ)与(yǔ)社(shè)会(huì)风(fēng)险(xiǎn)。但(dàn)无(wú)论(lùn)如(rú)何(hé)，这(zhè)项(xiàng)技(jì)术(shù)的(de)发(fā)展(zhǎn)必(bì)须(xū)以(yǐ)“敬(jìng)畏(wèi)生(shēng)命(mìng)、恪(kè)守(shǒu)伦(lún)理”为前提。希望通过今天的分享，能增进公众对基因科学的理解，也期待未来有更多人参与到科普行列中，共同探寻生命奥秘的无限可能。

（本文作者：黄方亮，浙江大学植物学博士）

本文根据浙江省科普联合会周四夜学内容整理